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报告摘要

可控核聚变：聚变创造梦想，核力展望未来

核心内容

可控核聚变是一种模拟太阳内部氢核聚变过程的热核反应，具有安全、绿色、能量密度高和原料充足等优势，被视为未来能源的唯一方向。相比核裂变，核聚变更符合可持续发展的要求，但其技术实现仍面临诸多挑战。

主要观点

核聚变的优势：
- 安全可靠：反应条件缺失会导致反应停止，安全性高。
- 环境友好：主要产生惰性氦，无高放射性核废料，无温室气体排放。
- 经济性明显：燃料消耗极少，成本远低于核裂变。
- 能量密度高：1吨氘氚释放的能量相当于5.7吨裂变燃料或700万桶原油。
- 原料充足：氘存在于海水中，氚可通过锂生成，资源丰富。
核聚变反应三要素：
- 温度：需达到1亿℃以上，形成等离子体。
- 密度：提高碰撞概率。
- 能量约束时间：需稳定运行240小时以上才具备商业价值。
核聚变技术路线：
- 磁约束：利用磁场约束等离子体，是当前最具发展潜力的路线，代表装置包括托卡马克和仿星器。
- 惯性约束：通过激光或粒子束压缩燃料球，技术难度大，效率低。
- 引力约束：仅在太阳内部自然发生，地球无法实现。
全球核聚变发展态势：
- 各国积极布局，推动技术突破和商业化进程。
- 国际热核聚变实验堆（ITER）是全球最大、最具影响力的核聚变项目，中国已加入并承担重要任务。
- 美国NIF实现多次点火，中国EAST多次刷新世界纪录。
中国核聚变发展：
- 以磁约束为核心，明确“热堆走稳、快堆走实、聚变堆走好”的发展路线。
- 东方超环（EAST）是国际首个全超导托卡马克装置，多次实现技术突破。
- 中国环流器二号M（HL-2M）、中国环流三号等装置取得阶段性成果。
- 2023年12月成立可控核聚变创新联合体，推动产业协同。
核聚变产业链：
- 上游：提供特种材料、气体等。
- 中游：涉及聚变技术研发、装备制造等。
- 下游：核电建设与运营，主要目标市场为发电。
市场与融资：
- 全球核聚变公司数量快速增长，2023年融资总额超62亿美元。
- 中国公司如能量奇点、星环聚能等获得多轮融资，推动技术发展。
- 高温超导材料是关键，其发展将显著降低聚变装置成本。

关键信息

EAST装置：
- 创造403秒稳态高约束等离子体运行纪录。
- 是目前唯一能为ITER提供高参数非圆等离子体平台的实验装置。
ITER项目：
- 由中、欧、美、日、韩、俄、印等七方合作，中国承担18个采购包，贡献占比约9%。
- 项目主体包括磁体系统、真空室、包层模块、偏滤器等关键部分。
NIF装置：
- 美国国家点火设施，实现多次点火，Q值最高达1.53。
- 激光能量输入高达2.05MJ，输出最高达3.88MJ。
核聚变商业化前景：
- 全球核聚变市场规模预计从2022年的2964亿美元增长至2027年的3951.4亿美元，CAGR为6.0%。
- 核聚变技术仍处于培育期，商业化进程预计需数十年。
挑战与风险：
- 技术层面：需实现高温、高压和长时间等离子体约束。
- 材料层面：超导材料力学性能差，氚包层材料填充率有限。
- 工程层面：电光能转换效率低，Q值需达到10以上才具备商用意义。
- 研究成本高，商业化进程不及预期。

技术路线对比

命名	原理	优点	缺点	代表性装置	最新进展
托卡马克	磁约束聚变	高温、高密度、长约束时间	装置规模大、系统复杂、成本高	EAST、ITER	2023年EAST创造403秒稳态高约束等离子体
仿星器	磁约束聚变	稳定性高	结构复杂、制造难度大、成本高	W7-X	2023年实现8分钟放电
激光聚变	惯性约束聚变	能量增益高	能量约束时间短、效率低	NIF	四次点火，Q值最高达1.53

产业融资情况

全球核聚变公司数量：从2022年的33家增长至2023年的近50家。
融资总额：2023年全球聚变公司累计融资超过62亿美元，增幅达27%。
中国公司：
- 能量奇点：累计融资近4亿元。
- 星环聚能：获得数亿元天使轮投资。
- 翌曦科技、中科海奥等也获得不同程度的融资。

发展目标与时间表

目标	时间	描述
近期目标	2015-2021年	建立近堆芯级稳态等离子体实验平台，储备关键技术
中期目标	2021-2035年	建设运行聚变工程实验堆，开展稳态、高效、安全研究
长期目标	2035-2050年	发展聚变电站，探索商用化可行性